TALU: RISC-V용 재구성 가능한 타일형 ALU 그리드

레인 기반(Lane-based) RISC-V 벡터 프로세서는 데이터 병렬성(data parallelism)을 잘 활용하지만, 두 가지 일반적인 패턴에 대해 반복적인 비용을 지불합니다. 첫째는 별도의 트리 패스(tree pass)가 필요한 리덕션(reductions)이고, 둘째는 융합될 수 없고 직렬 벡터 명령어(serial vector instructions)로 발행되는 깊은 종속 표현 체인(deep dependent expression chains)입니다. 우리는 TALU를 제시합니다. 이는 실행 단계(execute stage)가 단일 ALU 대신 NxN 그리드의 레지스터화된 ALU 타일(registered ALU tiles)인 5단계 RISC-V 코어입니다. 이 그리드는 재구성 가능한 피드포워드 공간 구조물(reconfigurable, feed-forward spatial fabric)이며, 타일들은 비역방향 이웃(non-backward neighbours)으로부터만 오퍼랜드를 라우팅합니다. 여기에 추가된 대각선 포워딩(diagonal forwarding)은 리덕션을 공간적으로 붕괴시킬 수 있게 합니다. 최소한의 커스텀 확장(minimal custom extension)이 타일별 연산, 라우팅 및 타일별 상수를 구성하고 오퍼랜드를 배열을 통해 스트리밍합니다. 단일 구조물에서 TALU는 일반적인 스칼라 코드, 단일 깊이 경로 표현식, 그리고 다중 레인 벡터 커널(multi-lane vector kernels)을 실행할 수 있습니다. RISC-V2 벡터 프로세서 벤치마크 제품군에서, TALU는 동일한 레인 수 대비 RISC-V2보다 1.85.5배 빠르며, Vicuna보다 4.515.5배 빠릅니다. 또한 리덕션 비용(dot÷add)은 벡터 코어의 1.96배 및 1.26배 대비 1.05배를 기록합니다. 재타이밍된 구현은 45nm 공정에서 1.03 GHz로 배치 및 라우팅되었으며, 면적은 RISC-V2의 절반인 0.30 mm²입니다.